55m交通应急指挥船电气设计特点

戴小丹

摘要：本文介绍了55m交通应急指挥船电力系统和信息交互系统的设计特点。将VSAT卫星网络、5G网络、船岸视频会议功能融入到信息化指挥系统中，从而提高船舶的应急救援和执法能力。

关键词：交通应急指挥船;电力;信息通信

中图分类号：U665.12                 文献标识码：A

Abstract： This paper describes the design characteristics of electric power system and information interaction system of the 55m traffic safety emergency command boat. The VSAT satellite network， 5G network and ship-shore video conferencing functions are integrated into the information command system so as to improve the boat's emergency rescue and law enforcement capabilities.

Key Words： Traffic safety emergency command boat; Electric Power; Communication

1前言

隨着船舶智能化技术的发展，船舶电力系统及全船信息化管理系统的智能设计逐步突显。电站的可靠性和稳定性是船舶生命力的有力支撑，强大的信息交互能力是船舶实现远程指挥、调度的有力保障，也是现代执法船的重要特征之一。

随着粤港澳大湾区的建设，珠海海洋经济进入快速发展的道路。为了提升珠海海域交通和海洋渔业执法保障能力，促进海洋经济发展，珠海急需建造具备一定抗风等级、质量稳定、具有船岸信息交互等现代化通信手段的执法船。

下面介绍珠海55m交通应急指挥船的电气设计特点。

2电气设计特点

2.1船舶主要参数

本船工作区域为近海航区，依据中国船级社《海上高速船入级与建造规范》（2015）及2017年修改通报和中华人民共和国海事局《国内航行海船法定检验技术规则》（2011）及2016年修改通报进行设计。

55m交通应急执法船是目前珠海市最大吨位的海上应急指挥、海上抢险救援和消防多功能船，主要任务是承担珠海市管辖海域执行巡逻、维护治安、指挥、应急、救助、消防、反走私等任务。本船配备了先进的船岸信息交互等现代化通信设备，进一步加强珠海海域海上执法管理力度，大幅度提升了粤港澳大湾区水上交通安全监管与应急救援能力，为粤港澳大湾区保驾护航。

本船的主要参数如下（表1）：

2.2电力系统设计特点

（1）本船电力系统采用：

交流：三相三线绝缘系统、单相双线绝缘系统;

直流：双线绝缘系统;

交流电源电压：400V/220V， 50Hz;

直流电源电压：DC24V;

电站总功率：300kW。

一般情况下，本船运行1台发电机组，可以满足船舶航行、进出港

工况下的设备用电需求，另一台备用;使用消防水炮时，2台发电机并车运行，为全船用电设备提供电力。

（2）发电机参数（表2）：

（3）消防功能：

为了增强执法能力，在保持船舶主要参数及发电机功率不变的情况下，船东增加了预算，将本船的消防能力提升到一个新的水平：

（A）首主水炮射程由约60m提高到约80m，泡沫罐约5m3;驾驶甲板尾部左右舷各增加1门副炮，泡沫罐约5m3，射程约60m;机舱增设1套水炮泵。

（B）首、尾部水炮独立运行，带泡沫的消防水源由通过变频调速尾部水炮系统的泡沫泵和水泵提供。

（4）全船用电情况（表3）：

（5）电站管理系统（PMS）：

由于增加消防水泡后电站工况变得复杂，为了确保电站的可靠性和稳定运行，配置一套电站管理系统（PMS）对电站进行管理。PMS系统功能情况如下：

（A）使用水炮时，2台发电机组并车运行，为全船用电设备提供电力。

首、尾水炮同时使用时，暂停使用厨房设备及住舱空调，此时发电机负荷率为～87%，满足使用要求;起动水炮时，设有重载问询。当发电机剩余功率不足以起动水炮时，可在驾控台手动强制切断全部空调负载和厨房设备;当水炮起动并正常使用时，可视情况再次使用部分空调负载。

（B）为保证不同工况下电站的可靠运行和主要设备的起动、使用，配电系统设有四级卸载功能（表4）：

手动控制位置设置在驾控台，自动控制由配电板PMS执行。

2.3船岸信息交互通信系统设计特点

船岸信息交互通信系统，主要包括：卫星光电取证系统;视频会议系统;5G无线网络系统;卫星通信系统等。通过利用VSAT卫星网络、5G网络，实现船舶网络接入和船岸视频会议功能。

2.3.1卫星通信系统

（1）总体构架

VSAT卫星通信网地市远端站的业务数据，通过卫星传输与部、省、市的固定站连接;地市远端站包括固定站、车载站（动中通、静中通）和卫星便携站等类型。

系统的总体架构图，如图1所示：

（2）主要技术指标

信道数量：同时支持网管和业务双通道;

调制解调方式：BPSK、QPSK、8PSK、16APSK、16QAM;

数据速率：最高速率≧10Mbps;

工作模式：至少支持网桥和路由两种工作模式;

网络传输协议：支持IPv4和IPv6协议;

监控：具备本地参数设置、状态显示功能，具备远程监控功能，远控接口支持

LAN/RS232/RS485可选;

数据接口：具备网口和RS422接口;

具备网管代理和业务接入控制功能，主要包括：具有IP QoS保障功能;具有IP

数据压缩功能;具有TCP协议加速功能，TCP加速性能≧70%（无误码）。

（3）主要功能

通过一体化船载通信天线，将卫星信号转化为IP业务信号，并配合岸基5G网络，为船舶提供有线、无线的网络接入服务。终端可为手机、电脑、IP摄像头等基于IP的终端设备。

系统具有以下主要功能：

（A）宽带网络接入：通过标准Ku波段动中通系统配置，单船带宽可满足宽带接入，可提供船舶各类信息，如圖像、视频、语音、数据等的回传需求;并可通过卫星网络接入公网，实现各类APP、专网应用等功能;

（B）无线网络覆盖：通过船上无线AP的布放，可将无线信号覆盖到工作和娱乐

（C）区域，使操作人员在Wi-Fi覆盖区域方便的接入网络，进行各类网络操作;

（D）SIP语音电话：网络通话服务可以支持网络电话功能，在船上可直接拨打外线电

（E）话，在海上也能享受到陆地固话一样的高音质通话服务;

（F）视频会议：通过网络实现船岸的视频会议功能;

（G）光电取证和视频监控图像实时传输：通过网络实现光电取证和视频监控图像实时

（H）传输至指挥中心。

（4）系统具体构成

本系统主要由以下部分构成：卫星信号接收部分;岸基5G网络接收部分;Wi-Fi无线覆盖部分;SIP语音电话部分;视频会议部分;船内局域网;光电取证和视频监控部分。

（1） 卫星信号接收部分

卫星传输部分包括天线和天线控制器：

（A）卫星天线单元由天线、功放和LNB组成，并集成了卫星调制解调器，完成卫星信号的发射和接收。船上使用船载天线，随着船舶移动可自动跟踪卫星，保证天线的信号接收质量。本船方案中选用1台1.0米船载VSAT天线和6W功放配置以支持扩展Ku频段应用;

（B）天线控制器可以为无线网络覆盖和船舶办公局域网提供数据接口。选用船东确认的卫星资源和主站进行配置，为船舶提供上网服务;5G信号覆盖范围以外地区，可通过本卫星实现数据的传输和上网，确保本船与指挥中心的双向音视频通信。

（2）岸基5G网络接收部分

当船舶能接收到岸基5G网络时，通过开通运营商的上网服务，为本船提供5G网络接入，作为卫星网络的补充;在近岸有5G信号覆盖的区域，优先使用5G网络，无5G信号的海域自动切换到VSAT网络。

（3）Wi-Fi无线网络覆盖部分

在船上设置适量的无线AP信号发生器。系统广播无线信号，无线终端接入网络后进行认证上网，并对终端行为进行管理，控制用户的行为以确保工作用户优先使用无线网络。

5G路由采用华为设备，主要参数如下：

无线速率：双频并发，1167Mbps;

无线频段：2.4GHz&5GHz，支持5GHz优选;

无线类型：内置双频Wi-Fi天线，配备4颗信号放大器;

CPU：巴龙5000多模芯片、凌霄双频Wi-Fi芯片;

网口：1个Wan/Lan自适应千兆网口、1个千兆Lan口、1个SIM卡安装槽（Nano-SIM）;

外接天线2个5G天线扩展接口;

适用网络：5G/4G;

4G传输速率：1.6Gbps/150Mbps;

5G传输速率：2.33Gbps/1.25Gbps;

网络频段：5G全网通、4G全网通;

功耗：﹤24W;

AC/DC：AC：100-240V 50Hz/60Hz，DC： 12V/2A。

（4）SIP语音电话部分

在船上放置SIP语音电话，通过卫星网络连接至运营商主站服务器，通过对接移动运营商机房网关，实现国内船岸电话功能。

（5）视频会议部分

视频会议系统采用华为TE40-1080高清视频会议终端一体机，内置摄像头和麦克风，支持智能语音呼叫和Wi-Fi无线互联。用于船舶与指挥中心之间通过5G无线网络或卫星网络，进行实时视频会议。

船舶卫星端站分配固定IP给船上视频会议主机设备，通过总部多点MCU的终端设备，由总部主会场邀请呼叫，或者分会场（包括软件终端）呼入，实现船岸视频会议互通。

通过视频信号线输入接口，将光电取证和视频监控的图像信号，连接至视频会议主机中，实现图像实时传输至岸上视频会议方并在大屏幕中显示，也可通过专用的操作键盘手动将光电取证和视频监控的视频信号接入到大屏幕显示屏。

（6）船内局域网部分

为了方便船内网络连通，实现文件管理、文件共享、打印机共享等功能，在每个房间布置有线网口，通过网线汇聚到VSAT系统交换机，组成船内局域网。

（7）光电取证和视频监控部分

系统架构图如图2所示：

光电取证和视频监控系统，主要目标是信息获取功能。在执行任务中，根据目标运动特征，进行可疑目标分析;具有遥控摄录、证据收集等功能;具有电视监视功能，可实时监视录取本船附近、甲板、重要舱室的视频图像。

（A）光电取证设备

光电取证设备，由高性能电视摄像系统、红外热像仪、激光照明器、图像识别跟踪系统、两轴转台、图像压缩系统、陀螺伺服稳定、操纵设备等部分组成，其主要功能如下：

（a）具有可见光和红外双模图像摄录功能，可全天时全天候工作，清晰、实时、稳定地在指定的范围内搜索、获取目标图像，搜索范围可设定，也可通过操纵指向器进行人工搜索;

（b）稳定地在指定的范围内搜索、获取目标图像，搜索范围可设定，也可通过操纵指向器进行人工搜索;

（c）具备对目标的跟踪能力、识别能力;

（d）具有稳像功能和自动调光、自动对焦的功能，采用高隔离度稳定平台;

（e）对摄像机输出的数字视频图像进行压缩，并可通过网络传出

（B）视频监控设备

视频监控的硬盘录像机和控制键盘布置于驾驶室驾控台上。一台带电动翻转折叠的显示器安装在驾驶室顶，另一台监视器布置在监控台;舱外球机和舱内摄像机分别布置本船甲板区域及机舱、办案室等重要舱室，驾驶室和监控室均可观察全船重要部位的情况。

（C）其它设备

（a）为提升船员的精神生活，本船增设了投屏设备，把电视机的娱乐资源拓展至手机，使电视机的娱乐功能变得更加强大和更具个性化;

（b）将光电取证交换机的视频信号连接至视频会议显示频，并增设了控制键盘，使光电取证的视频信号直接接入视频会议系统，优化了系統设计，节省了成本，空间布置也更加靓丽;

（c）工作和娱乐完美结合，把视频会议的大显示屏用电视机屏幕来替代，一屏两用，节约成本。

3结束语

55m交通应急执法船根据现代海上公务执法船的需求，对电力系统及信息化交互系统等方面进行升级设计：电站的管理采用先进的智能管理和人工强制干预相结合的方式，提高了电站使用的灵活性、可靠性和稳定性，为应急指挥船执行任务提供可靠和稳定的电力保障;利用强大的网络通信，使之具有远程视频会议、远程指挥调度的功能，配置上满足广东省应急管理厅关于省地级市应急管理信息化建设的要求，为未来接入广东省应急指挥信息网预留了接口，提高了船舶的整体性能和先进性。

该船已顺利试航及交付使用，各项性能优秀，各方反馈相当满意，打造了300t级精品执法船型的典范。